宇宙是(shì)“人为制造”的(de)？为(wèi)何会存(cún)在科学无(wú)法(fǎ)解释的(de)“暗物(wù)质”？暗物质又究竟(jìng)是什么？人类(lèi)为了寻找(zhǎo)暗物质存(cún)在的证据，科(kē)学家们在(zài)过去的几(jǐ)十(shí)年当中进行了超(chāo)过(guò)50次的(de)长期(qī)实(shí)验(yàn)，但是却没有发现任(rèn)何的有效证(zhèng)据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学数学(xué)原(yuán)理一书中，埃萨(sà)克牛(niú)顿发表了万有引(yǐn)力定律，它揭(jiē)示了宇宙中天(tiān)体(tǐ)运动的规律。往(wǎng)后的几百(bǎi)年来，当天文学家们发现某些天(tiān)体运行轨道出现异常(cháng)，不符(fú)合(hé)万有引力定律的时(shí)候，他(tā)们(men)就会知道，周(zhōu)围一定有(yǒu)未知的天体(tǐ)通过引力在摄动它的轨道。比如(rú)在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通过(guò)天王星运行轨道的异常，推算并(bìng)且发现(xiàn)了海(hǎi)王星的存在。另外(wài)，哈雷彗星、冥王星的(de)发现都是(shì)应用(yòng)万有引力定律(lǜ)所取得重大天文成就(jiù)的例子。但是这(zhè)些发现都(dōu)是在恒星系统的尺度当中，可当我们上升到星系或者是星(xīng)团的(de)尺度，事情就开始变得(dé)诡异了。

1933年，瑞士的(de)物理学(xué)家弗里茨兹威(wēi)基正在研究(jiū)和测(cè)量后(hòu)发星系团的质(zhì)量(liàng)。这是一个由数(shù)千个星系(xì)所组(zǔ)成(chéng)的巨大(dà)星(xīng)系团，这些星系(xì)被引力束缚在一起。测量(liàng)星系团的质(zhì)量(liàng)一(yī)般会使用到两种方法，当两(liǎng)种方法结果一致，就可以确定其质量的范(fàn)围(wéi)。

第(dì)一(yī)种(zhǒng)是获得其"光度学的质(zhì)量"，需要(yào)的数据是测量(liàng)各个星系的(de)光度(dù)。

第二种(zhǒng)是动力学质量的计(jì)算(suàn)，是利用光谱红移测量星(xīng)系团中的(de)各个星系相对于星系(xì)团的运动速(sù)度。当(dāng)测量(liàng)结(jié)果出(chū)来之(zhī)后(hòu)，兹威基彻底懵(měng)了，“动力(lì)学(xué)质量(liàng)”竟然是“光度学(xué)质量(liàng)”的400倍。这意(yì)味着，后发座星(xīng)系团(tuán)有99%的质(zhì)量消失了，或者说这(zhè)99%的质(zhì)量并不(bù)以可(kě)见(jiàn)光的形式(shì)所存在，我们(men)无法看到。最(zuì)诡异的是，在(zài)测量(liàng)速度的过程中，兹威基发现星系团中很多星系的速(sù)度(dù)比理论(lùn)上要快得多，按(àn)照牛顿的(de)运动学定(dìng)律，仅靠(kào)这些可见星系的质量所产生的引力是无法(fǎ)将它们束缚在星(xīng)系团(tuán)内的，它(tā)们早(zǎo)就应该被抛出星系团之外了，除非有一种神(shén)秘(mì)的(de)力量在起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源(yuán)于某种隐(yǐn)形的物(wù)质。

据此，兹维基提出了这样部(bù)分(fēn)不可见的(de)暗质，它不发散光、吸(xī)光、反射光，但是(shì)它们却占据着宇宙中绝大部分的质量。只是(shì)当时的(de)人们对(duì)这(zhè)样的(de)一种说法不屑一顾。

直到40年之后，“暗物质”这个词才再一次(cì)出现。天文学家(jiā)维拉(lā)鲁宾和肯特福特在观测仙女座星系中的恒星(xīng)运动。理(lǐ)论上(shàng)来说，距离中心越远(yuǎn)的恒星在其轨(guǐ)道上(shàng)的(de)运行速度就会越慢。但是他们观测的结果却(què)让人(rén)感到(dào)不可思议。

随着与中心距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度几(jǐ)乎保来分期倒闭了吗 来分期被国家处理了吗持不变。可(kě)是根据牛顿的万有引(yǐn)力定(dìng)律，在(zài)星系当中如果没有足够大的质量来吸引它们，这些外围的恒星早就被甩到宇宙当(dāng)中了(le)。基于这种(zhǒng)现象(xiàng)，科学家们(men)会使(shǐ)用一种相对标准的方法来解释暗物(wù)质的存在(zài)，这种方(fāng)法就是测(cè)量星(xīng)系当中气体在X轴(zhóu)上距离星系中(zhōng)心的距离，以及(jí)在Y轴上(shàng)气体(tǐ)的旋转速度。如果(guǒ)出现(xiàn)异常(cháng)的(de)结果，就认为是由暗(àn)物质(zhì)的(de)力量进入其(qí)中。

于是科学家们(men)通(tōng)过射电望远镜测量(liàng)了距离(lí)星系中心更(gèng)远距离的氢元素，发现它们的旋转速度并不符合牛顿的力学定律。我们的太阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河系的第三悬臂(bì)之上，距离银河系中心2.6万光年(nián)，根据(jù)万(wàn)有引力定(dìng)律进行计算，太阳(yáng)系的运行速度应该是160千米/秒，但(dàn)实际上，太(tài)阳系正在(zài)以(yǐ)220千米(mǐ)/秒的速度围绕银(yín)河系(xì)旋(xuán)转(zhuǎn)，这(zhè)个实际(jì)速度(dù)远远大于理论速度，那么(me)产(chǎn)生(shēng)以上这(zhè)种向心加(jiā)速度(dù)的原因(yīn)很可能就是存在着(zhe)一种我们看不到的(de)物质，是这(zhè)些暗物质的引力效应将星系聚集(jí)在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的(de)研究(jiū)人员(yuán)开始相信(xìn)暗物质的存在。科学(xué)家根据星系(xì)外(wài)恒星(xīng)轨道的(de)来分期倒闭了吗 来分期被国家处理了吗速度，估算在星系当(dāng)中暗物质的质(zhì)量占整个星系质(zhì)量(liàng)的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是唯一可以解(jiě)释这个现象的原因。在一(yī)项新的研究(jiū)当中，科学家们发现，几乎没有引力(lì)效应的遥远恒星(xīng)之间，也会出现(xiàn)速度(dù)上的微小差(chà)异。另外，天(tiān)文学家还发(fā)现了一个反常的星系(xì)，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离(lí)地球大约2.5亿光年，大小和银河(hé)系不多，但是(shì)星系当中(zhōng)存在的(de)恒星数量却只有银河系的(de)千分(fēn)之一(yī)。

所(suǒ)以在(zài)理论上(shàng)，该星系必须存(cún)在暗物质，否则就会分崩离析。但是(shì)科学家们使用最先进的望远镜对其(qí)进行(xíng)了(le)40个小(xiǎo)时的详细测(cè)量之后(hòu)，发现星系中的恒星运(yùn)动(dòng)是可以用正常的(de)物(wù)质和力学定律(lǜ)来(lái)解释(shì)的。那么(me)又有(yǒu)人提出，也许该(gāi)星(xīng)系(xì)的暗物质，已经(jīng)被附近的另一个大星系剥离了。奇怪(guài)的是，它(tā)的附(fù)近没有任何星系存在。造(zào)成这些现象的(de)除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种可(kě)能就是人类(lèi)对引力的理解(jiě)还(hái)不够全面，引力(lì)很可能(néng)在不同尺度空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的，这意味(wèi)着在行星(xīng)系(xì)尺度中的天体会(huì)沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理(lǐ)解的方式(shì)运动(dòng)。但是上升(shēng)到星系(xì)和星团的尺度，引力(lì)之(zhī)间的相互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了(le)外(wài)部场效应的概念，指的是在数百万光年(nián)的规模上(shàng)，巨大的质量之间会产(chǎn)生对彼此特殊的效果，这个理论叫做MOND蒙德(dé)理(lǐ)论。如(rú)果MOND蒙德理(lǐ)论成(chéng)立，这意(yì)味着我们需要对现在的物理定律进行(xíng)修(xiū)正，这些发现(xiàn)也让很多人认为暗物(wù)质(zhì)假说(shuō)理论(lùn)就(jiù)此终结。但是在(zài)宇宙当(dāng)中(zhōng)还(hái)有(yǒu)关于暗物质存在的其他的理论证据(jù)，这些理(lǐ)论(lùn)证据是(shì)蒙德理论(lùn)所没法(fǎ)解释的“引力透镜”。

径向距离(lí)为37亿光年的子弹星(xīng)系(xì)团，由两个碰撞的星系团所组成(chéng)，类似这样的星团(tuán)，它(tā)们大部分的普通质(zhì)量都(dōu)在星系的气体当中(zhōng)。当星(xīng)团以(yǐ)1000万公里(lǐ)/小(xiǎo)时发生碰撞的时(shí)候，星际气体的相互作(zuò)用就会导(dǎo)致温(wēn)度的(de)急剧升高，速度大幅降(jiàng)低。所以在理论上，在碰撞之后，子(zi)弹星系团(tuán)大部分的质量(liàng)将位于所有这些气体(tǐ)所(suǒ)在的中间区(qū)域(yù)。那么我们(men)通过什(shén)么来(lái)验证它的质量区域到底是不是集中(zhōng)在(zài)中间呢(ne)？前不(bù)久，詹姆斯(sī)韦伯太空望(wàng)远(yuǎn)镜传回了宇(yǔ)宙当中第一张全彩的高(gāo)清照片，在(zài)照片中(zhōng)我们可以明显地看到很多(duō)星系似(shì)乎被拉(lā)伸产生了(le)巨大的形变。其实这些(xiē)星系本(běn)身(shēn)并(bìng)不是真的被扭曲了，也不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥远的天体和我(wǒ)们地球上(shàng)的观测者之间。被(bèi)一个(gè)质量超级巨大的天(tiān)体遮挡(dǎng)，这个超大(dà)质量的东西的引力(lì)，会(huì)使身后更遥(yáo)远星系的光都发生了(le)扭曲。这(zhè)个现象就是引力透镜效应。这个巨大(dà)的天体可(kě)能是超大质量(liàng)的(de)黑洞或者是暗物质。

所以(yǐ)当人们对子弹星系团观(guān)测的时候，发现它的(de)大(dà)质量区域并(bìng)不是在中间，而(ér)是在两侧(cè)。所以最好的解释方法(fǎ)就是当星团(tuán)发生全(quán)部的碰撞(zhuàng)时，可被观测到的质量气体被卡在了(le)中间，暗物质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形(xíng)成了引(yǐn)力透镜。对子弹(dàn)星(xīng)系团的引力透镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的(de)迄今(jīn)为止最好的理论证(zhèng)据。

除此之外，还有来自宇宙(zhòu)当中最古老的光。从宇宙大爆炸开始，38万年之(zhī)后，可见光终(zhōng)于可以(yǐ)畅通无阻(zǔ)地穿越在(zài)宇(yǔ)宙当中(zhōng)了。经过(guò)了130多亿年之后，这(zhè)些光(guāng)在宇宙空间(jiān)背景上留(liú)下了各相同性的微(wēi)波辐(fú)射(shè)。其中红色的部分表(biǎo)示温度较高(gāo)的(de)区域，蓝色则表示相对较(jiào)冷的区(qū)域，但实际上它们(men)之间的温差只有万分之(zhī)一(yī)。

科学(xué)家(jiā)们(men)通(tōng)过对前景背景分离后(hòu)的二值图像(xiàng)进(jìn)行连(lián)通域提取(qǔ)和标记(jì)之后发现(xiàn)，如果(guǒ)宇宙当中没有暗(àn)物质(zhì)，图形看(kàn)起来不应该是这样(yàng)的，而随着暗物质的增加，一(yī)些峰值(zhí)的幅度会减小，才(cái)变(biàn)得看起来(lái)“和谐”。为(wèi)了匹(pǐ)配宇(yǔ)宙微波背景辐射(shè)的(de)测量值(zhí)，我们需要的暗物质大约是普通物质的5倍。这个数字与(yǔ)解释(shì)星系当中恒星(xīng)运动所需要的暗物质比(bǐ)例(lì)是一(yī)致的。这就意味(wèi)着。

用了一个简(jiǎn)单的理论框(kuāng)架，就(jiù)很好地解释(shì)了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是(shì)宇宙当中存(cún)在着某种(zhǒng)类型的粒子，它们不参与任(rèn)何(hé)其他的(de)电磁作用，只通(tōng)过引力来(lái)相互作用。所以如果能够找到这(zhè)种粒子(zi)的存(cún)在，就相当于找到了暗物质存(cún)在的实际证据。这(zhè)种粒子到底是什么？科学家们已经提出了数十种(zhǒng)的假想目(mù)标，而(ér)要(yào)寻找这些不(bù)同的(de)目标粒子所需(xū)要的实验方式也不相同。在(zài)过去(qù)的(de)几十年当中，人(rén)类为了寻找这些看不见、摸不到(dào)，几(jǐ)乎(hū)不会与(yǔ)常(cháng)规物(wù)质相(xiāng)互作用的“暗物质”，科学(xué)家们已经进行(xíng)了超过50次的实验，却没(méi)有任(rèn)何实(shí)质(zhì)性的发现(xiàn)，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨索(suǒ)山，隶属于(yú)阿尔卑斯山脉。

在山下(xià)1400米处的地下矿井当中(zhōng)，藏着地(dì)球(qiú)上(shàng)最大的地学实(shí)验室，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高的探测器，一直致力于寻(xún)找(zhǎo)暗(àn)物质(zhì)粒(lì)子的周期性(xìng)震荡。

自1997年以来，这里的(de)科学家(jiā)声称观测到了某种(zhǒng)信号。经过了20多年(nián)的数据收集，人(rén)们发现了一个有趣(qù)的事情(qíng)。探测(cè)率会在每年的6月份(fèn)达(dá)到峰(fēng)值(zhí)，然(rán)后在11月(yuè)降到最低，而且(qiě)在20年当中每年都是一样(yàng)。一些科学家(jiā)认为这可能是(shì)人类发现(xiàn)暗物质的第一个直接证据(jù)。

但(dàn)是(shì)为什么暗(àn)物质会产生周(zhōu)期(qī)性的(de)年度信(xìn)号呢？刚才我们(men)讲了(le)太阳系正(zhèng)在以220公里/秒的速度围绕着银河(hé)系进行移动，那么如(rú)果暗(àn)物质(zhì)存在(zài)宇宙(zhòu)当中，这意味着我们也(yě)在以这样的速度(dù)在穿越(yuè)着暗物质流，这个过程中会产生相(xiāng)应的振荡，同时地球又以30公里/秒的(de)速度围绕太阳进(jìn)行旋转。所以(yǐ)有半年的时间(jiān)，地(dì)球(qiú)围绕太(tài)阳(yáng)的方(fāng)向与太(tài)阳环(huán)绕银河系的方向是(shì)一(yī)致(zhì)的，而另外半年则与之(zhī)相反。

而在6月份的(de)时候，地球与太阳(yáng)的方向正好(hǎo)达到完全一致，这(zhè)是理(lǐ)论上地球穿(chuān)越暗物质流(liú)最快的(de)时段。而(ér)在11月份，又恰好达到了最慢值。尽管在实(shí)际的情(qíng)况中，太阳(yáng)系相(xiāng)对银河系(xì)的平面(miàn)呈现了60度的倾斜，但(dàn)是这并不影响(xiǎng)这(zhè)个理论的(de)有效性。

因此科学家(jiā)认为这(zhè)可以用来解释，研究(jiū)人员们(men)所观测到(dào)的周期(qī)性(xìng)信(xìn)号(hào)。当(dāng)然(rán)也可能(néng)有其他(tā)的情况，造成(chéng)这种年度周期信号的差异也可能是温度、湿度、土(tǔ)壤中的水分、高山(shān)上(shàng)的积雪，甚至连意大(dà)利游客的(de)数量也符(fú)合这个周期的规律。

所(suǒ)以，科学家们(men)又在南(nán)半球建立了一个几乎相(xiāng)同的实(shí)验室，这里的季节(jié)与之前(qián)的实验室(shì)正(zhèng)好相反，而在(zài)这里，地球穿过暗(àn)物质流的运(yùn)动特征和第一个实验室(shì)是一(yī)样的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到(dào)相同(tóng)的信号，就(jiù)可以(yǐ)成为暗物质所(suǒ)存在的非常有力的证据了。但是由于(yú)这(zhè)个实验室刚(gāng)刚建成不(bù)久，所以截至目(mù)前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新的望远(yuǎn)镜(jìng)，这台太空望远镜叫做“南希格(gé)雷斯罗(luó)曼”，它的主镜大小跟(gēn)哈(hā)勃望远镜相(xiāng)同(tóng)，但它的宽视场仪(yí)器提供的视(shì)野是(shì)哈(hā)勃(bó)红外仪(yí)器的100倍(bèi)。南(nán)希格雷斯罗曼(màn)太(tài)空望(wàng)远镜其中一个关键的用途就是探索(suǒ)暗物质背后的奥秘，对于探测的(de)结(jié)果，我们只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天体(tǐ)物理(lǐ)中(zhōng)心的科(kē)学家丹琥(hǔ)珀和贾森斯(sī)特芬研究发现，如果暗物(wù)质存在，它们极(jí)有(yǒu)可能拥有(yǒu)另(lìng)一种(zhǒng)神秘的效应，这种暗物质效(xiào)应，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或(huò)者说是生命进化的一个重要因素。

如果(guǒ)这一理论得(dé)到进一步的证实，那么遍布宇宙当中的暗物(wù)质会(huì)不会意味着人类(lèi)并不孤单呢(ne)？或许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上，暗物质正在通过(guò)这样(yàng)的效应(yīng)创造生命。当然，这些推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到暗物质存在的实(shí)际(jì)证据。那么(me)小(xiǎo)伙伴(bàn)们，你(nǐ)们觉(jué)得暗物(wù)质(zhì)到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的(de)支持是我更新(xīn)的(de)动力(lì)！

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